(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液調整装置と、その培養液調整装置からの培養液によって植物を養液栽培する栽培本圃と、その栽培本圃から排出される余剰培養液である戻り液を除菌処理する除菌処理装置と、その除菌処理済み戻り液と原水とを混合したものを前記培養液調整装置に送り込む二次原水作成装置を有する養液栽培装置において、
上記栽培本圃と除菌装置との間に、前記栽培本圃からの戻り液により育成される浄化用植物を栽植したバイオジオフィルターを直列に配設し、該浄化用植物による吸肥・吸水作用によって前記除菌処理装置に供給する前記戻り液の養水量を低減させることを特徴とする養液栽培装置。
【請求項２】
培養液調整装置と、その培養液調整装置からの培養液によって植物を養液栽培する栽培本圃と、その栽培本圃から排出される余剰培養液である戻り液を除菌処理する除菌処理装置と、その除菌処理済み戻り液と原水とを混合したものを前記培養液調整装置に送り込む二次原水作成装置を有する養液栽培装置において、
前記栽培本圃と除菌装置との間に、前記栽培本圃からの戻り液により育成される浄化用植物を栽植したバイオジオフィルターと、
前記バイオジオフィルターに続けて、前記バイオジオフィルターからの排出液をイオン交換処理するイオン交換処理装置を直列に配設し、該バイオジオフィルターの浄化用植物による吸肥・吸水作用によって前記イオン交換処理装置に供給する前記戻り液の養水量を低減させることを特徴とする養液栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は養液栽培装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
養液栽培の一つに掛け流し方式によるロックウール耕がある。この方式は、図７（ａ）のフローシートに示すように、培養液調整装置１で原水と肥料（液肥）を混合して所望の養分組成とした培養液を、ロックウールを培地とした栽培本圃２に送って作物を養液栽培するが、ロックウール培地内の養分組成を安定させるために、作物が吸収する量よりも３０〜４０％多めの培養液を点滴ノズル等によって株元に給液し、栽培本圃２から排出される余剰培養液は回収せずにそのまま地表に流して廃棄している。しかし、もともと養液栽培用の培養液は作物生産を可能にする肥料成分を溶解した液体であるから、その排液中の硝酸態窒素やリン等の濃度は高いため、そのまま廃棄していると、地下水や河川の水質汚染につながりかねない。そこで、近年、オランダをはじめとしてヨーロッパでは、培養液の垂れ流しが法律によって規制され、これまでの掛け流し方式から循環式養液栽培方式へと移行している。
【０００３】
オランダ等で行われている循環式（閉鎖式）養液栽培装置のフローシートを図７（ｂ）に示す。培養液調整装置１で調整された培養液はロックウール培地を使用した栽培本圃２に送られ、その供給された培養液量の３０〜４０％に相当する液量が栽培本圃２から排出される。この排出液を戻り液と呼ぶと、その戻り液を除菌処理装置３に送って除菌処理したのち、この除菌処理済み戻り液と原水とを二次原水作成装置４で混合し、この二次原水を前記した培養液調整装置１に送って培養液の再利用を図るようにしている。戻り液を除菌処理装置３で除菌乃至は殺菌する理由は、循環式養液栽培では根からの病害が発生すると、その病原菌を急激に全体に伝染させて壊滅的な被害を与えるおそれが高いためである。
【０００４】
除菌処理装置として最も普及しているのは、粒径０．１５〜０．３５mmの砂層中を０．１ｍ／ｈ程度の流速で流す緩速砂ろ過装置であって、ピシウム菌のほかフィトフトラ菌の除菌に効果があるとされている。このほか、加熱殺菌、紫外線照射殺菌、オゾン殺菌、排液に圧力をかけて膜を通過させることで排液中のNaや塩素等のイオンを取り除くほか、そのイオン種よりも大きいすべての病原菌を除去する逆浸透膜処理等が研究開発されている。なお、人工培地としてロックウールの他にココヤシの殻の繊維も使われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したとおり、栽培本圃からの排液又は戻り液は給液量の例えば３０〜４０％に相当する量であるから、その液量全量を直接地面に廃棄するにせよ、又は循環式養液栽培方式の場合は除菌装置によって処理するにせよ、設備の大型化を伴うことになる。
【０００６】
また、戻り液の循環再利用によって、原水中に含まれているNa+ やCl- などが作物の吸収濃度以上に濃縮された場合は、植物が必要とする養分要素との拮抗作用等により生育に支障をきたさないようにするため、ある時点で培養液の廃棄・更新を行う必要があるが、その際、そのまま地表に廃棄したのでは、循環式の利点を欠いてしまうし、かといって膜処理技術等を使って原水のNa+ やCl- 等のイオンを除去することは、前記除菌装置と同様、設備の大型化、経費の増大化を招くことになる、また、集水した雨水や水道水によって原水を賄うことは、高価について経済的ではなかった。
【０００７】
さらに、イオンセンサーを使って、栽培継続中に生じる培養液の養分要素組成のアンバランスを調整することも考えられているが、高価につくほか、イオンセンサーに他のイオンが作用して測定が安定せず、そのためのメンテナンスがわい雑であったりするという問題があった。
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、栽培本圃からの排液又は戻り液の水量および養分量を簡便に低減できて、付設する処理装置の小形化に資するとともに、養分要素の組成のアンバランスや、Na+ やCl- などの有害イオンの蓄積を無くすうえで有効な養液栽培装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、培養液調整装置と、その培養液調整装置からの培養液によって植物を養液栽培する栽培本圃と、その栽培本圃から排出される余剰培養液である戻り液を除菌処理する除菌処理装置と、その除菌処理済み戻り液と原水とを混合したものを前記培養液調整装置に送り込む二次原水作成装置を有する養液栽培装置、すなわち、培養液の循環再利用型養液栽培装置において、前記栽培本圃と除菌装置との間に、前記栽培本圃からの戻り液により育成される浄化用植物を栽植したバイオジオフィルターを直列に配設し、該浄化用植物による吸肥・吸水作用によって前記除菌処理装置に供給する前記戻り液の養水量を低減させることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、前記バイオジオフィルターに続けて、前記バイオジオフィルターからの排出液をイオン交換処理するイオン交換処理装置を直列に配設し、該バイオジオフィルターの浄化用栽培植物による吸肥・吸水作用によって前記イオン交換処理装置に供給する前記戻り液の養水量を低減させることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】
図１に、本発明になるかけ流し式養液栽培装置のフローシートを示す。
ロックウール培地を用いたバラの例でいえば、培養液調整装置１で調整された培養液が栽培本圃２に送られ、その培養液の３０〜４０％が排液として当該栽培本圃２から排出される。この排液は一旦タンクへ貯留され、そこからポンプとチューブを使ってバイオジオフィルター５に送られる。バイオジオフィルター５は浄化用植物が植栽されたプランターを施設内部あるいは周辺に配置することによって構成される。浄化用植物を植栽したプランターに栽培本圃からの排液を導いて、その排液の養水分を浄化用植物に吸肥・吸水させることで排液は減量される。その減量され排液は系外に廃棄される。
【００１１】
バイオジオフィルターで栽培される浄化用植物は、季咲き切り花として直売ができ、景観の向上に有効であり、植え替えの手間がかからないといった点では宿根草がある。培養液を循環再利用するとき問題のNa+ の蓄積を防止するという点では、Naを有用元素とするアカザ科、例えばサトウダイコン等の好Na植物が、熱殺菌用の配管内面にCaが付着して配管を詰まるのを改善するという点では、Ca成分を多く吸収する特性をもった、例えばコマツナ，トウガラシ，ナズナ等の好Ca植物が、環境規制に対応する点からすると、ＮやＰを多く吸肥する植物、例えばエンツァイ，ポーチュラカ等が好適である。要求される複数の機能に応じ複数種類の浄化用植物を選択し、これを混植することによって、複数の要望に答えることができるバイオジオフィルターを比較的容易に構成することができる。
【００１２】
因みに浄化用植物として、アスター、セキチク、ガーベラ、ポーチュラカ、ベチュニア、アゲラタム、マリーゴールド、メランポジューム、サルビア、エンツァイ、ミント、アスチルベ、フロックス、ガウラを、プランター（２３０mm×６４４mm×１８５mm）１連制に、栽植密度：４株／プランターで植栽し、前記栽培本圃からの排液によるかん水５〜６ｌ／日／プランターの割合で栽培したところ、水の量は、５３％程度に低減でき、肥料の量は、Ｎで、２５〜５８％程度に、Ｐで、２５〜５０％程度に低減できた。この結果から、宿根草の成株は２．５ｌ／株・日前後の吸水量があること、栽培本圃２のバラの成株では０．６５ｌ／株・日であるから、１株当り３．８倍以上の吸水量があることになり、したがってバラの栽培面積３００坪（７，２００株）、栽培本圃２での排液率３０％一定とした場合、宿根草の成株は約５７０株でよいことがわかった。
尚、前記の植物では、生育が旺盛で病害虫への耐性が強く、養分の利用効率が優れているのはポーチュラカ、エンツァイ及び２年目の宿根草（アスチルベ，フロックス，ガウラ）であり、見栄えや開花期間ではポーチュラカ、ペチュニア、アスチルベ、フロックス、ガウラが優れていた。
【００１３】
上記したバイオジオフィルター５の培地には、栽培本圃２で発生した廃棄ロックウール培地を細塊状に粉砕したものを植込資材として再利用したが、こうすることによって、廃棄ロックウール培地の廃棄量軽減に、多少なりと貢献することができる。
【００１４】
図２から図４までは、浄化用植物の吸肥・吸水作用により排液の養水量の低減がなされる前記バイオジオフィルター５に続けて、図２では、除菌処理装置３が設けられ、除菌処理されたものが廃棄される点で、図３では、イオン交換処理装置６が設けられ、イオン交換処理されたものが廃棄される点で、図４では、イオン交換処理装置６と除菌処理装置３が直列に設けられ、イオン交換処理と除菌処理されたものが廃棄される点で、図１とは相違する。いずれの場合も処理量が低減されるため設備は小形のものでよいことになる。イオン交換処理装置６によりNO3 - ，Naイオン等を除去することで植物や環境に対する負荷の軽減がなされるが、イオン交換樹脂処理装置６を通過させてから系外へ廃棄する場合には殆ど吸着されるため、負荷はゼロと考えても良い。環境基準値の10ppm 以下に対する処理なら、特に陰イオン交換樹脂を使ってNO3 - を除去するようにしても良い。
【００１５】
図５に、本発明になる循環式養液栽培装置のフローシートを示す。
培養液調整装置１で調整された培養液が栽培本圃２に送られ、バラの例ではその培養液の３０〜４０％が戻り液として当該栽培本圃２から排出される。この戻り液は一旦タンクへ貯留され、そこからポンプとチューブを使ってバイオジオフィルター５に送られる。バイオジオフィルター５は浄化用植物が植栽されたプランターを施設内部あるいは周辺に配置することによって構成される。浄化用植物を植栽したプランターに栽培本圃からの戻り液を導いて、その戻り液の養水分を浄化用植物に吸肥・吸水させることで戻り液は減量される。その減量された戻り液は除菌処理装置３に送られ、除菌処理済みの液は二次原水作成装置４に送られて二次原水が作成され、作成された二次原水は前記培養液調整装置１に送られることになる。
【００１６】
二次原水作成装置４において、原水と戻り液を混合して二次原水とする制御は、二次原水のＥＣ（電気伝導度）値によって行うようにしてもよいし、前記原水と前記除菌処理済みの液との混合比率を、前記培養液量と前記戻り液量との比率に略等しからしめるようにしてもよい。図示の例では、バイオジオフィルター５からの排出液配管に切替弁７を設け、除菌処理装置３からの排出液配管に切替弁８を設けているが、切替弁７から系外に廃棄することは図１に相当し、切替弁８から系外に廃棄することは図２に相当する。
【００１７】
図６では、図５と違って、バイオジオフイルター５の次にイオン交換処理装置６を設け、イオン交換処理装置６の後に除菌処理装置３，二次原水作成装置４を続けている。図示の例ではイオン交換処理装置６からの排出液配管に切替弁９を設け、除菌処理装置３からの排出液配管に切替弁８を設けているが、切替弁９から系外に廃棄すると図３に相当し、切替弁８から系外に廃棄すると図４に相当する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏する。
【００１９】
バイオジオフィルターによる浄化用植物の吸肥・吸水によって、栽培本圃からの排液又は戻り液は、水の量で例えば半分程度に低減させることが容易であるから、該バイオジオフィルターに続く各種装置の小型化、これに伴うイニシアルコストおよびランニングコストの低減を可能にするため、循環系の中にイオン交換樹脂処理装置を設けることが経済的な面からも実現可能になり、原水の水質中で特に問題のNa＋イオン除去等が実施可能となる。また、水の量のみならず、Ｎ量やＰ量でも半分程度にさせることが容易で、直接系外へ廃棄しても問題のない無害化が可能であるから、排液の過不足で調整困難となったときに液を廃棄せざるを得ない場合に有効に対処することができる。
【００２０】
更に、浄化用植物によるバイオジオフィルターは、要求される機能別に選択でき、これを混植することができるから、適切な組み合わせによって排液又は戻り液の組成改善や、二次原水作成時の肥料成分の調整負担を軽減させる上で有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】バイオジオフイルターを設けた本発明になるかけ流し方式の養液栽培装置のフローシートである。
【図２】バイオジオフイルターと除菌処理装置を設けた本発明になるかけ流し方式の養液栽培装置のフローシートである。
【図３】バイオジオフイルターとイオン交換処理装置を設けた本発明になるかけ流し方式の養液栽培装置のフローシートである。
【図４】バイオジオフイルターとイオン交換処理装置と除菌処理装置を設けた本発明になるかけ流し方式の養液栽培装置のフローシートである。
【図５】バイオジオフイルターを設けた本発明になる循環方式の養液栽培装置のフローシートである。
【図６】バイオジオフイルターを設けた本発明になる循環方式の養液栽培装置のフローシートである、
【図７】（ａ）はかけ流し方式の従来例を示すフローシート、（ｂ）は循環式の従来例を示すフローシートである。
【符号の説明】
１      培養液調整装置
２      栽培本圃
３      除菌処理装置
４      二次原水作成装置
５      バイオジオフイルター
６      イオン交換処理装置
７〜９  切替弁
【図１】
0004442041.tif 000002
【図２】
0004442041.tif 000003
【図３】
0004442041.tif 000004
【図４】
0004442041.tif 000005
【図５】
0004442041.tif 000006
【図６】
0004442041.tif 000007
【図７】
0004442041.tif 000008